100 likes | 212 Views
Investigations of Usefulness of Average Models for Calculations Characteristics of the Boost Converter at the Steady State. Badanie przydatności modeli uśrednionych do wyznaczania charakterystyk przetwornicy boost w stanie ustalonym. Krzysztof Górecki, Janusz Zarębski, Rafał Zarębski
E N D
Investigations of Usefulness of Average Models for Calculations Characteristics of the Boost Converter at the Steady State Badanie przydatności modeli uśrednionych do wyznaczania charakterystyk przetwornicy boost w stanie ustalonym Krzysztof Górecki, Janusz Zarębski, Rafał Zarębski Katedra Elektroniki Morskiej, Akademia Morska w Gdyni
Plan prezentacji • Wprowadzenie • Metoda modeli uśrednionych • Wyniki analiz • Podsumowanie
Wprowadzenie • Przetwornice dc-dc są powszechnie wykorzystywane w zasilaczach impulsowych • W pracy rozważana jest przetwornica boost • Istotne są charakterystyki w stanie ustalonym
Wprowadzenie (c.d.) • Dwie grupy metod analizy: • Metoda analizy stanów przejściowych • Metoda modeli uśrednionych • Metoda modeli uśrednionych • Krótki czas trwania obliczeń • Uproszczony sposób modelowania elementów półprzewodnikowych • Cel pracy • Analiza zakresu zmian parametrów sygnału sterującego i rezystancji obciążenia, w których stosowanie metody modeli uśrednionych zapewnia pożądaną dokładność obliczeń
Metoda modeli uśrednionych • Założenia metody modeli uśrednionych: • Charakterystyki elementów półprzewodnikowych modelowane funkcjami odcinkami-liniowymi • Brak inercji elektrycznej elementów półprzewodnikowych • Uwzględniono tylko straty w stanie włączenia elementów półprzewodnikowych • W pracy rozważany jest uśredniony model klucza diodowo-tranzystorowego – składnika wszystkich przetwornic dławikowych
Metoda modeli uśrednionych (c.d.) • Postać uśrednionego modelu klucza
Wyniki analiz • Wyznaczono charakterystyki przetwornicy boost w stanie ustalonym przy wykorzystaniu: • Analizy stanów przejściowych z modelami tranzystora i diody wbudowanymi w programie SPICE (linie ciągłe) • Analizy stałoprądowej z uśrednionym modelem klucza diodowo-tranzystorowego (linie kreskowe) • Badano wpływ częstotliwości i współczynnika wypełnienia sygnału sterującego oraz rezystancji obciążenia na napięcie wyjściowe i sprawność przetwornicy oraz na moce wydzielane w elementach półprzewodnikowych
Wyniki analiz (c.d.) • Wpływ współczynnika wypełnienia d i rezystancji obciążenia R0 model uśredniony modele wbudowane w SPICE
Wyniki analiz (c.d.) • Wpływ częstotliwości f i współczynnika wypełnienia d • Czasy trwania obliczeń za pomocą obu metod różnią się nawet o 5 rzędów wielkości model uśredniony modele wbudowane w SPICE
Podsumowanie • Porównano charakterystyki przetwornicy boost, uzyskane za pomocą analizy stanów przejściowych z fizycznymi modelami elementów półprzewodnikowych oraz uzyskane za pomocą analizy stałoprądowej z uśrednionym modelem klucza diodowo-tranzystorowego. • Uzyskano zadawalającą zgodność wyników obliczeń charakterystyk V0(d), η(d) otrzymanych za pomocą obu metod dla częstotliwości sygnału sterującego f = 100 kHz. • Wzrost częstotliwości powoduje wzrost różnic między uzyskanymi wynikami obliczeń, a dla dużych częstotliwości obserwowane różnice mają charakter nie tylko ilościowy, ale nawet jakościowy. • Wzrost częstotliwości kluczowania powoduje spadek wartości napięcia wyjściowego i sprawności przetwornicy oraz wzrost mocy traconej w tranzystorze. Model uśredniony nie uwzględnia tego efektu ze względu na pominięcie inercji elektrycznej elementów półprzewodnikowych przy formułowaniu tego modelu. • Z porównania czasów trwania obliczeń wynika, że zastosowanie metody modeli uśrednionych zapewnia uzyskanie wyników obliczeń w czasie znacznie krótszym, nawet o kilka rzędów wielkości, niż w przypadku zastosowania analizy stanów przejściowych.